КАБІНЕТ МІНІСТРІВ УКРАЇНИ

Національний аграрний університет

Рибак Василь Оксентійович

УДК 630*243:630*17:582.475.1[477.41/42]

БіоЕКОлогічні ТА ЛІСІВНИЧІ основи управління

продукційним процесом в соснових ценозах

Українського Полісся

06.03.03 – лісознавство і лісівництво

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Боярській лісовій дослідній станції Національного аграрного університету Кабінету Міністрів України

Науковий консультант – доктор біологічних наук, професор

Гордієнко Михайло Іванович, Національний

аграрний університет, професор кафедри лісових культур

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор

Ткач Віктор Петрович, Український ордена “Знак Пошани” науково-дослідний інститут лісового господарства і агролісомеліорації ім. Г.М. Висоцького, директор

доктор сільськогосподарських наук, професор

Калуцький Іван Федорович, Прикарпатський університет ім. В. Стефаника, завідувач кафедри екології і рекреації

доктор сільськогосподарських наук, доцент

Гузій Анатолій Ількович, Державний агроекологічний університет, професор кафедри лісівництва, лісових культур і таксації

Провідна установа – Український державний лісотехнічний університет, кафедра лісівництва, Міністерство освіти і науки України, м Львів

Захист відбудеться " 7 " жовтня 2004 р. о 12 30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.09 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, ауд. 65

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041 м. Київ–41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, к. 41

Автореферат розісланий "26" серпня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Кравець П.В.

З а г а л ь н а х а р а к т е р и с т и к а р о б о т и

Актуальність теми. Підвищення продуктивності лісостанів України є важливою практичною проблемою сучасного лісівництва. Найбільша площа земель лісового фонду зосереджена на території Українського Полісся, де головною лісоутворюючою породою є сосна звичайна (Pinus sylvestris L.). За даними державного обліку, середній запас стиглих та перестійних соснових деревостанів становить 274 м3га-1, що на 37,3% менше за оптимальний рівень.

Вирощування лісу – тривалий і цілісний процес, в якому тісно переплітаються заходи з відновлення лісостанів, своєчасного догляду за деревостанами і безперервного лісокористування. Лісовий ценоз являє собою складну біологічну систему, існування якої підтримується завдяки структурній складності, а її біологічна стійкість є функцією множинних зв'язків у поживній та енергетичній ланках і пояснюється гомеостатичними та адаптаційними властивостями. Важлива ланка в системі заходів з вирощування та підвищення продуктивності лісових насаджень – це рубки догляду, біологічною основою яких є напруженість конкуренції. Вони проводяться на едафічному фоні й відображають його зміни. Тому забезпечення продуктивності лісового ценозу повинно реалізовуватись на біоекологічних основах. З урахуванням можливостей саморегуляції ієрархічної структури лісової екосистеми можна знайти оптимальне рішення управління зовнішнім впливом. У такому випадку особливого значення набувають дослідження по відхиленням параметрів ценозу на різних етапах онтогенезу і встановлення можливостей їх спрямування в русло підвищення продукційного процесу. На вирішення цих завдань і пов'язаних з ними аспектів направлені дослідження даної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Тема дисертаційної роботи є складовою частиною виконуваних Боярською ЛДС держбюджетних тем:

1.

2.

3.

Мета та задачі досліджень. Основна мета дисертаційної роботи – це розробка біоекологічних основ управління продукційним процесом у соснових ценозах Українського Полісся.

Для досягнення цієї мети передбачалося вирішити такі задачі:

провести моніторинг природного лісовідновлення в умовах різних едатопів і можливостей використання його при формуванні лісових ценозів;

дослідити процеси евтрофізації умов місцезростання під впливом різних лісових ценозів;

визначити рівень продукційного процесу у різних за складом лісових ценозах;

вивчити особливості морфогенезу крони дерев у соснових ценозах;

дослідити процеси становлення соснових ценозів під впливом природного та штучного добору;

розробити моделі оптимальних зріджень різнобонітетних соснових ценозів в онтогенезі;

дати економічну оцінку ефективності рубок догляду в соснових ценозах.

Об'єкт дослідження – продукційні процеси в лісових ценозах.

Предмет дослідження – біоекологічні та лісівничі механізми управління продукційним процесом у соснових насадженнях.

Методи дослідження. Основними методами досліджень були: лісівничо-таксаційний – при вивченні стану природного поновлення, росту і розвитку крон, продуктивності лісових ценозів та системи рубок догляду; хімічний – при вивченні хімічного складу рослинного опаду, лісової підстилки і аналізів ґрунтів; математичної статистики – при обробці експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів. Поглиблено наукові уявлення про особливості розвитку лісового ценозу та едатопу, існуючі взаємозв'язки між ними, послідовність дії біологічних чинників, що зумовлюють продукційний процес та заходи управління ним.

Вперше дано наукове обґрунтування показників, за якими мають проводитися рубки догляду.

Вперше досліджено онтогенетичні закономірності морфогенезу крони дерев соснового ценозу і виявлені заходи управління цим процесом.

Вперше зроблено обґрунтування екологічного підходу до збереження родючості лісових ґрунтів на зрубах.

Удосконалені положення про відтворення родючості ґрунтів під впливом різних за віком і складом лісових ценозів.

Розроблені заходи відтворення та збереження видового біорізноманіття в різновікових соснових ценозах в умовах різних едатопів.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені й визначені моделі оптимальних зріджень соснових ценозів для певного віку і класу бонітету, а також параметри густоти та діаметра дерев, які повинні залишатися після проведення рубок догляду.

Удосконалена методика контролю за дотриманням параметрів зрідження, якою передбачається закладання 6–9 кругових пробних площ радіусом 6,64 м (100 м2) – при прочистках і 12,64 м (500 м2) – при прорідженнях і прохідних рубках. Вірогідність похибки не перевищує 10%.

Доцільно після першої прохідної рубки під полог соснових лісостанів вводити листяні породи, які не порушують цілісності лісового ценозу і дозволяють за короткий проміжок часу посилити інтенсивність біологічного кругообігу поживних речовин. Із деревних порід доцільно вводити дуб північний (Quercus borealis Michx), клен-явір (Acer pseudoplatanus L.), липу cерцелисту (Tilia cordata Mill), а з кущових – ліщину звичайну (Corilus avellana L.) та бузину чорну (Sambucus nigra L.) і червону (Sambucus racemosa L.) як такі, що швидко ростуть в умовах затінення, а завдяки здатності до порослевого відновлення можуть функціонувати і в наступній генерації лісостану.

З метою збереження набутої родючості ґрунтів та природного поновлення не рекомендується проводити суцільний обробіток ґрунту при залісненні зрубів.

Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні робочої гіпотези щодо системи управління продукційним процесом у соснових ценозах на біоекологічній основі, визначенні задач, методів і обсягів досліджень; у виконанні експериментальної частини дисертації; в математико-статистичній обробці одержаних матеріалів, аналізі та теоретичному узагальненні результатів досліджень та їх апробації і написанні роботи.

Щира вдячність науковому консультанту доктору біологічних наук, професору, академіку Лісівничої академії наук України М.І. Гордієнку, під керівництвом якого виконувалась дана робота. Автор висловлює вдячність кандидатам сільськогосподарських наук М.С. Полончуку та В.В. Грінченку за проведення спільних досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на Міжнародних науково-практичних конференціях Воронезької державної лісотехнічної академії (м. Воронеж, 13–16.06.2000 р.; 25–27.10.2001 р.; 28–30.06.2004 р.), на VI і ІХ Погребняківських читаннях в Українському державному лісотехнічному університеті (м. Львів, 2000 р., 2003 р.), на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Національного аграрного університету (м. Київ, 1996–1998 рр.).

У повному обсязі результати дисертації обговорені на об’єднаному засіданні кафедр лісових культур, лісівництва та мисливствознавства, лісової таксації та лісовпорядкування, лісової меліорації та захисту лісу Навчально-наукового інституту лісового та садово-паркового господарства НАУ.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано дві монографії (у співавторстві) та 27 статей у фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Матеріали дисертаційної роботи викладено на 306 сторінках комп’ютерного тексту, в тому числі основний текст – на 257 сторінках. Дисертація складається з вступу, восьми розділів, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних джерел та додатку. Цифровий матеріал систематизовано у 94 таблицях, ілюстровано 3 рисунками. Список літератури включає 292 найменування (з них 33 латиницею).

О С Н О В Н И Й З М І С Т Р О Б О Т И

НАУКОВЕ ОБҐРУНТУВАННЯ МОЖЛИВОСТЕЙ УПРАВЛІННЯ ПРОДУКЦІЙНИМ ПРОЦЕСОМ У ЛІСОВИХ ЦЕНОЗАХ

в огляді літератури розкрито існуючий стан досліджень по проблемі підвищення продуктивності та біологічної стійкості штучних лісостанів. В контексті вирішення даної проблеми проведена значна кількість досліджень з вивчення ряду питань: біологізація процесів лісовідновлення, значення започаткованої густоти посадки, створення корінних типів лісу, роль листяних порід у підвищенні родючості лісових ґрунтів, вивчення фізіологічних процесів у тканинах і органах дерев.

Мало приділено уваги вивченню морфогенезу крон у лісовому ценозі. Відома незначна кількість досліджень, де лісовий ценоз розглядається з позицій системного підходу. При вивченні такого складного організму як ліс, необхідні різносторонні дослідження для виявлення характеру його взаємозв’язків з умовами навколишнього середовища і типу реакції на зовнішні впливи. Ці питання піднімаються й частково розкриваються лише в окремих роботах (Буш К.К., Иевинь И.К., 1984; Сеннов С.Н., 1984). Саме ці роботи спонукали нас до вивчення біоекологічних основ управління продукційним процесом у соснових ценозах. Наше бачення можливостей вирішення цієї проблеми схематично представлено на рисунку 1.

У наведеній схемі ми розглядаємо напрям взаємозв’язків лісового ценозу з лісорослинними умовами та біологічний механізм спрямування їх у русло продукційного процесу. Виділяються також економічний та екологічний ефекти впливу людини на лісові ценози через рубки догляду.

ОБ'ЄКТИ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

На основі матеріалів лісовпорядкування та обліку лісового фонду Українського Полісся визначені типові чисті та мішані соснові ценози, які зростають в умовах різних едатопів.

Польові дослідження виконані на тимчасових пробних площах, які закладали під час експедиційних обстежень насаджень у лісництвах Київської, Житомирської, Рівненської і Волинської областей та у стаціонарах на постійних пробних площах.

Природне поновлення вивчали на 102, морфогенез крон – на 32, продуктивність різних за складом ценозів – на 116 пробних площах. Дослідження по рубках догляду проведені на стаціонарах у Боярській ЛДС.

У процесі постановки й проведення досліджень користувалися загальноприйнятими у лісівництві методиками (Воробьев Д.В., 1967; Родин Л.Е., Ремезов Н.П., Базилевич Н.И., 1968; Гордієнко М.І., Маурер В.М., Ковалевський С.Б., 2000).

Хімічні аналізи рослинного опаду, лісової підстилки і ґрунтів проводили в агрохімічній лабораторії Інституту землеробства УААН, а мікробіологічні – в Інституті мікробіології та вірусології НАНУ.

Під час математичного аналізу експериментальних даних застосовували методи варіаційної статистики, кореляційного, регресійного та дисперсійного аналізів (Рокицкий П.Ф., 1973; Снедекор Дж.У., 1961).

Лісовий фонд Полісся

Територія Полісся ділиться (Генсирук С.А., 1975) на чотири лісогосподарські округи: Західно-Поліський, Центрально-Поліський, Придніпровсько-Поліський і Східно-Поліський, для яких притаманні свої особливості природних комплексів і які вимагають відповідних систем лісогосподарювання.

Фактичний ступінь заліснення на Поліссі становить 29,2%, однак оптимальною для цієї зони може бути лісистість 40%.

За породним складом у лісах Полісся на хвойні припадає 64,5%, м'яколистяні – 22,5%, твердолистяні – 13,0%. До переважаючих порід належать сосна звичайна – 60%, дуб звичайний (Quercus robur L.) – 18%, береза повисла (Betula pendula Roth) – 11%, вільха чорна (Alnus glutinosa L.) – 7%, осика (Populus tremula L.) – 2%.

Основні типи лісорослинних умов – це свіжі бори, субори й судіброви. Під суборовими лісами знаходиться майже половина площі. У цій зоні переважаючі ліси другої групи, площа яких в 4 рази перевищує площу лісів першої групи.

Важливим показником стану лісових насаджень, з точки зору довгострокової перспективи використання, є їх вікова структура (табл. 1).

Таблиця 1

Вікова структура соснових насаджень Українського Полісся, тис. га.

(за даними Короткого довідника лісового фонду України, 2002)

Область | Покрита лісом площа | У тому числі за віковими категоріями

разом | насаджень сосни | молодняки | середньовікові | пристигаючі | стиглі та

перестійні

Київська | 340,1 | 215,0 | 54,8 | 108,5 | 37,9 | 13,8

Житомирська | 662,1 | 391,1 | 101,4 | 163,6 | 84,4 | 41,7

Рівненська | 582,9 | 384,3 | 124,9 | 152,3 | 67,8 | 39,3

Волинська | 411,5 | 236,9 | 64,2 | 116,0 | 49,4 | 7,3

Разом | 1996,6 | 1227,3 | 345,3 | 540,4 | 239,5 | 102,1

Соснові лісостани Полісся характеризуються нерівномірним розподілом лісонасаджень за групами віку із значним переважанням молодняків і середньовікових деревостанів, частка яких досягає 72,2%. У структурі соснових насаджень пристигаючі становлять 19,5%, а стиглі й перестійні – лише 8,3% площі.

За даними державного обліку лісів станом на 1.01.96 року 86,3% загальної площі хвойних насаджень була під насадженнями І та ІІ класів бонітету. За останні 8 років намітилась тенденція до збільшення запасів деревостанів на 1 га (у молодняках – на 18,3 м3га-1, середньовікових – 11,9 м3га-1, пристигаючих – 26,5 м3га-1, стиглих і перестійних – на 12,4 м3га-1). Однак існуючі соснові насадження за запасом деревини значною мірою відрізняються від нормальних лісів як І, так і ІІ класів бонітету. В молодих лісостанах ця різниця практично відсутня, тоді як у пристигаючих вона перевищує 30%, а в стиглих і перестійних досягає майже 50% (рис. 2).

Тому стратегічним напрямом розвитку лісівництва в Україні є вирощування нормальних лісостанів. Господарюючим суб'єктам з лісового господарства необхідно забезпечувати неперер-вність у користуванні лісовими ценозами, що полягає у збереженні та забезпеченні лісової рослинності, природному й штучному лісовідновленні та своєчасному проведенні догляду за лісовими ценозами.

У системі заходів догляду за лісом вирішальна роль відводиться рубкам догляду, які повин-ні проводитися з таким розрахунком, щоб таксаційні показники деревостанів, які з’являться в результаті їх проведення, швидко відтворювались чи наближались до характеристик нормального лісостану.

Насіннєве природне поновлення

В умовах глобальної екологізації лісового господарства, викликаної запровадженням сертифікації лісів (Ведмідь М.М., Букша І.Ф., 2002) зростає увага до використання природного лісовідновлення, яке з біологічної точки зору дозволяє підтримувати генетичне різноманіття лісостанів (Ткачук В.І., Бузун В.О., 2002) і підвищити їх біологічну стійкість (Лакида П.І., Кравець П.В., 2002), а з економічної – зменшити витрати на лісовідновлення (Rayser, Kaiser, 1983). Зазначимо, що Україні 1 га лісовідновлення обходиться 600–800 грн. На вивчення можливостей природного поновлення в умовах Правобережної частини Полісся і були спрямовані наші дослідження.

Природне поновлення на зрубах

Відновлення на зрубах вивчали в умовах свіжих і вологих суборів у лісництвах чотирьох областей Полісся. Дані досліджень показали, що інтенсивне поновлення має місце у перші 2–3 роки. У свіжих суборах самосіву різних порід налічувалось від 1698 до 5810 шт.га-1 і значно більше у вологих суборах – від 13 до 18 тис. шт.га-1. Самосіву дуба звичайного було від 218 до 576 шт.га-1. Значна частина самосіву сосни звичайної і берези повислої гине в літній період. Із збільшенням віку зрубів посилюється задерніння міжрядь, що веде до посилення конкуренції за поживні речовини та вологу. Новий самосів майже не з'являється, але продовжують гинути рослини попередніх років поновлення. Як наслідок, на 12-річних зрубах у свіжих суборах залишаються поодинокі рослини берези повислої, а у вологих суборах – до кількох десятків.

Природне поновлення під пологом різновікових соснових насаджень

Насіннєве поновлення під пологом соснових деревостанів відбувається протягом усього онтогенезу, але інтенсивність і результативність цього процесу значною мірою залежить від біологічних властивостей деревних рослин (табл. 2).

Таблиця 2

Природне поновлення під пологом різновікових соснових ценозів

в умовах різних едатопів

Едатоп | Густота підросту

усього | у тому числі за деревними породами

сосна

звичайна | дуб

звичайний | *інші листяні породи | кущі

шт.га-1 | % | шт.га-1 | % | шт.га-1 | % | шт.га-1 | %

Молодняки

А2 | 1288 | - | - | - | - | 375 | 29,1 | 913 | 70,9

В2 | 5146 | 329 | 6,4 | 490 | 9,5 | 1220 | 23,7 | 3107 | 60,4

С2 | 9207 | 194 | 2,1 | 764 | 8,3 | 338 | 3,4 | 7901 | 85,2

Середньовікові

А2 | 499 | 6 | 1,2 | 373 | 74,8 | 33 | 6,6 | 87 | 17,4

В2 | 7060 | 292 | 4,1 | 1165 | 16,5 | 344 | 4,9 | 529 | 74,5

С2 | 9201 | - | - | 1783 | 19,8 | 444 | 4,0 | 6794 | 75,3

Пристигаючі і стиглі

А2 | 501 | 7 | 1,4 | 494 | 98,6 | - | - | - | -

В2 | 2409 | 317 | 13,3 | 890 | 36,9 | 392 | 16,2 | 810 | 33,6

С2 | 5823 | 7 | 0,1 | 1796 | 30,9 | 420 | 7,2 | 3600 | 61,8

* Береза повисла, осика, груша звичайна (Pirus communis L.), горобина звичайна (Sorbus aucuparia L.), крушина ламка (Frangula alnus Mill), ліщина звичайна (Corilus avellana L.), бузина чорна, бузина червона

Якість підросту з збільшенням віку сосни зростала. Якщо у молодих насадженнях підріст висотою більше 2 м був виявлений на шести пробних площах, то у середньовікових – на 20 і в пристигаючих і стиглих насадженнях – на 18 пробних площах. Ріст підросту дуба у висоту найінтенсивніше відбувався у свіжих суборах і судібровах. Таким чином, можна констатувати, що в цих умовах під пологом середньовікових і пристигаючих насаджень сосни звичайної формується стійкий одно–двоярусний підлісок із деревних та кущових листяних порід. У цій зоні без втручання людини в рідких випадках можуть бути сформовані лісові ценози корінного типу.

Поновлення окремих кущових порід під пологом культур

Природне поновлення акації жовтої (Caragana arborescens Lam.), ліщини звичайної та бузини чорної і червоної вивчали в умовах свіжих суборів Київської області. Для оцінки характеру природного поновлення ми запропонували і використали коефіцієнт поновлення, який визначали за відношенням кількості життєздатного підросту до кількості плодоносних кущів на одному гектарі лісостану. Для жовтої акації цей показник становить 1–2, ліщини звичайної – 0,3–3,5, бузини чорної – 0,7–3,1 і бузини червоної – 0,6–0,8. Це свідчить, що за специфічних біологічних особливостей (плодоношення, спосіб поширення та життєздатність насіння) ці кущові породи мають обмежений характер природного поновлення. Беручи до уваги цінне лісівниче значення цих кущових порід, необхідно налагодити їх вирощування у тимчасових розсадниках з наступним введенням під полог соснових деревостанів.

Тривалість природного формування деревостану сосни звичайної

Для визначення періоду формування природним шляхом деревостанів сосни звичайної на зрубах головного користування в ряді лісництв Волинської, Рівненської та Житомирської областей був проведений облік віку дерев за кількістю річних кілець на пеньках. За даними обліку природного лісовідновлення, у свіжих суборах цей період триває 49–58 років, у вологих – розтягується на 70 років і більше. Термін промислового використання лісостанів природного походження подовжується на 30–40 років.

Особливості генезису ґрунтів під пологом лісових ценозів

Відтворення родючості лісових ґрунтів відбувається виключно біологічним шляхом за рахунок постійного надходження з рослинним опадом органічної маси, її акумуляції і розкладу. Кількісні і якісні показники органічної маси залежать від породного складу, густоти та віку деревостанів (Зонн В.С., 1954; Погребняк П.С., 1963; Гордієнко М.І., Гойчук А.Ф., Гордієнко Н.М., 1999).

Наші дослідження були спрямовані на вивчення особливостей генезису ґрунтів під пологом чистих і мішаних соснових ценозів.

Процес ґрунтотворення в різновікових соснових лісостанах

Характерною особливістю розвитку лісової рослинності й ґрунтотворення під пологом лісу є використання і закріплення в лісостані поживних речовин та повернення з рослинним опадом і поступове нагромадження їх у ґрунті. За час росту й розвитку лісового насадження поживні елементи здійснюють багаторазовий кругообіг у системі ґрунт – рослина – ґрунт.

Встановлено, що маса рослинного опаду у молодняках становить 0,85 тIга-1 і досягає найвищого значення 2,1 тIга-1 у середньовікових культурах. У пристигаючому й стиглому віці насаджень кількість опаду зменшується до 1,0 тIга-1. Маса лісової підстилки із збільшенням віку деревостану зростала з 2,7 тIга-1 у молодняках до 7,5 тIга-1 у пристигаючих. У віці стиглості запас підстилки знизився до 5,6 тIга-1, що пояснюється зменшенням річного рослинного опаду і посиленням процесу мінералізації.

Лісова підстилка сосни звичайної мінералізується головним чином грибами, бактеріями, вірусами та актіноміцетами, а інтенсивність її розкладу залежить від температурного і водного режиму, який протягом року постійно змінюється. Найбільше елементів живлення у лісовій підстилці міститься весною і суттєво зменшується восени.

Таблиця 3

Фізико-хімічні властивості ґрунту у свіжих суборах різновікових

чистих насадженнях сосни звичайної

Горизонт | Глибина, см | Гумус, % | Азот, що гідролізується | Фосфор | Калій | Сума поглинених основ | Гідролітична кислотність | рН | Ступінь насиченості основами, %

мг на 100 г ґрунту | мг-екв на 100 г ґрунту | Н2О | KCl

Молодняки

А1 | 0,15 | 2,48 | 6,02 | 1,6 | 1,4 | 1,5 | 3,82 | 4,2 | 3,2 | 34,7

А2 | 15-34 | 0,52 | 1,68 | 0,9 | 0,7 | 1,1 | 1,24 | 4,9 | 4,1 | 47,0

В1 | 34-52 | 0,22 | 1,26 | 0,5 | 0,5 | 0,7 | 0,75 | 5,0 | 4,3 | 47,5

В2 | 52-72 | 0,11 | 0,84 | 0,5 | 0,4 | 0,4 | 0,67 | 5,6 | 4,5 | 37,4

С | 72-100 | 0,04 | 0,84 | 0,3 | 0,4 | 0,4 | 0,43 | 4,9 | 4,5 | 48,1

Середньовікові культури

А1 | 0-12 | 2,56 | 6,03 | 2,5 | 1,4 | 2,6 | 3,82 | 4,2 | 3,1 | 40,4

А2 | 12-28 | 0,44 | 1,64 | 1,1 | 0,7 | 1,3 | 1,60 | 4,6 | 3,2 | 44,8

В1 | 28-51 | 0,25 | 1,40 | 1,8 | 0,5 | 0,5 | 1,28 | 4,9 | 4,3 | 33,7

В2 | 51-74 | 0,11 | 1,12 | 0,9 | 0,5 | 0,4 | 0,70 | 5,0 | 4,5 | 36,3

С | 74-100 | 0,04 | 0,84 | 0,6 | 0,4 | 0,4 | 0,42 | 5,0 | 4,5 | 48,8

Пристигаючі культури

А1 | 0-10 | 2,82 | 7,14 | 2,7 | 1,2 | 1,4 | 3,48 | 4,4 | 3,2 | 28,6

А2 | 10-30 | 0,44 | 1,54 | 1,1 | 0,6 | 1,2 | 1,28 | 4,8 | 4,0 | 48,4

В1 | 30-49 | 0,26 | 1,26 | 1,6 | 0,5 | 0,6 | 0,83 | 4,9 | 4,3 | 42,0

В2 | 49-76 | 0,11 | 0,84 | 0,7 | 0,5 | 0,4 | 0,61 | 4,9 | 4,5 | 39,6

С | 76-100 | 0,04 | 0,56 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,41 | 4,9 | 4,6 | 49,4

Стиглі культури

А1 | 0-12 | 2,93 | 7,00 | 1,4 | 1,9 | 4,1 | 5,85 | 4,1 | 2,9 | 41,2

А2 | 12-26 | 0,42 | 1,54 | 1,1 | 0,8 | 1,2 | 1,60 | 4,4 | 3,4 | 42,9

В1 | 26-71 | 0,32 | 1,40 | 0,9 | 0,7 | 0,5 | 1,28 | 4,9 | 4,1 | 28,0

В2 | 71-93 | 0,11 | 0,98 | 0,6 | 0,4 | 0,4 | 0,67 | 5,1 | 4,6 | 37,4

С | 93-100 | 0,04 | 0,84 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,41 | 5,2 | 4,0 | 49,4

Здатність ґрунту поглинати і утримувати поживні речовини залежить від його фізичних властивостей і глибини залягання генетичних горизонтів, які характеризуються різною поглинальною здатністю.

Представлені в таблиці 3 показники фізико-хімічних властивостей ґрунту у різновікових соснових ценозах показують, що вміст гумусу знаходиться в прямій залежності від їх віку. У середньовікових культурах вміст гумусу у верхньому горизонті за 30 років підвищився на 0,08%, а в стиглих насадженнях за 100 років його запаси зросли на 0,45%. По всьому ґрунтовому профілю збільшилась кількість доступних форм азоту. Запаси фосфору у 30-сантиметровому шарі зростали до третьої, а обмінного калію – до четвертої вікових груп.

Таким чином, у міру збільшення віку культур елювіальний процес поступово змінюється на дерновий, за якого поліпшується гумусово-акумулятивний горизонт.

За рахунок зростання ступеня насиченості ґрунту основами частково знижується кислотність ґрунту, зростають запаси валових і рухомих форм елементів живлення. Верхній горизонт ґрунту з підвищеним вмістом гумусу має невелику глибину і при суцільному обробітку ґрунту може бути зруйнованим і втратити родючість. Тому на соснових зрубах посадку культур краще здійснювати по нарізаних борознах, що дозволить зберегти акумульовані запаси гумусу для росту нового покоління лісостану.

Процес ґрунтотворення у соснових лісостанах

з підпологовими культурами

Дослідження проводили в Боярському лісництві Боярської ЛДС в умовах свіжих суборів. За об'єкти слугували мішані двоярусні ценози, створені шляхом введення під полог середньовікових соснових деревостанів різних листяних порід дерев. На час проведення досліджень вік сосни був 69–84 роки, листяних порід – 26–27 років. Контроль – 64-річне чисте соснове насадження.

У мішаних ценозах річний опад коливався в межах 9,5–11,3 тIга-1, в якому на частку листя припадало від 13,1 до 26,6%. Із щорічних надходжень опаду у мішаних культурах сформувався запас лісової підстилки масою 27,1–37,5 тIга-1. На контролі маса немінералізованої лісової підстилки становила 41,0 тIга-1.

Проведені хімічні аналізи рослинного опаду і лісової підстилки показали, що із щорічним опадом сосна звичайна повертає найменшу кількість азоту – 58,9 кгIга-1, тоді як в рослинному опаді мішаних ценозів цього елементу міститься в 1,3–2,1 раза більше. Серед них виділяється опад ліщиново-соснового ценозу, де зосереджено 135,2 кгIга-1. Фосфору і калію деревні породи використовують набагато менше, ніж азоту. Порівняно з контролем, дещо більше фосфору повертається з опадом насаджень з дубом північним і ліщиною звичайною (17,6 і 17,1 кгIга-1). За вмістом калію виділяється культура з домішкою листя клена-явора (43,8 кгIга-1). З рослинним опадом мішаних насаджень Са і Mg надходить в 1,3–1,8 раза більше, ніж з опадом чистих соснових.

Валові запаси поживних речовин у лісовій підстилці насаджень залежать від їх породного складу та співвідношення фракцій шпильок і листя в опаді. Найменше азоту міститься в сосновій підстилці – 228,5 кгIга-1, а найбільше в сосново-липовій – 646 кгIга-1 і сосново-ліщиновій – 613,8 кгIга-1. Запаси фосфору в підстилці усіх насаджень були невисокими (42,1-82,1 кгIга-1). Найбільша кількість цього елементу містила підстилка з домішкою листя липи – 82,1 кгIга-1 і дуба північного – 79,0 кгIга-1. За валовим вмістом кальцію виділяються сосново-липова підстилка – 87,4 кгIга-1 і сосново-ліщинова – 79,0 кгIга-1. Кальцію і магнію найбільше міститься в підстилці з листям клена-явора, відповідно 102,3 і 122,1 кгIга-1.

За даними хімічних аналізів, на всіх варіантах досліду у верхньому гумусовому шарі ґрунту міститься майже однакова кількість азоту (0,69–0,82 мг/100 г ґрунту) і зменшується його вміст в наступних горизонтах. Проте у мішаних насадженнях його міститься майже удвічі більше, ніж у тих же горизонтах під чистою сосною. Азот на контрольному варіанті представлений переважно в нітратній формі, а в мішаних насадженнях – нітратною і амонійною формами у співвідношенні 2 : 1. Фосфору найбільше акумулюється у ґрунті чистого соснового насадження у елювіальному та ілювіальному горизонтах. У мішаних насадженнях фосфору нагромаджується менше, але він зосереджений у гумусному та елювіальному горизонтах. Мішані культури сприяють збільшенню у ґрунті вмісту калію, який закріплюється в ґрунтовому комплексі верхніх горизонтів. Така ж тенденція має місце за вмістом і розподілом у ґрунтовому профілі Ca i Mg.

У культурах з участю дуба звичайного, ліщини звичайної та липи серцелистої валові запаси азоту в ґрунті порівняно з контролем були вищими на 4–15%. Запаси калію під пологом мішаних культур зросли відносно контролю у 1,2–1,9 раза. Підвищення валового запасу кальцію відмічено у культурах з участю дуба північного – на 14%, липи серцелистої – 13% і ліщини звичайної – на 18%.

Під пологом двоярусних мішаних ценозів ємність біологічного кругообігу речовин порівняно з контрольною ділянкою зросла на 6–30% (табл. 4).

Таблиця 4

Баланс кругообігу поживних речовин у чистому і мішаних

лісостанах сосни звичайної, кгIга-1

ППП | Квартал | Склад | Умовне річне споживання | Об'єм циклу опад + підстилка | Запас у метровому шарі ґрунту | Ємність кругообігу

14 | 80 | 10Сз (контроль) | 194,6 | 639,8 | 1117,7 | 1747,5

2 | 61 | 10Сз/10Дз | 272,1 | 950,2 | 902,8 | 1853,0

9 | 64 | 10Сз/10Дп | 294,9 | 1045,2 | 1014,2 | 2059,4

10 | 64 | 10Сз/10Лп | 220,9 | 1043,3 | 1071,0 | 2114,3

6 | 63 | 10Сз/10Кя | 378,2 | 1088,7 | 950,6 | 2039,3

11 | 77 | 10Сз/10Лщ | 337,5 | 1216,3 | 1053,4 | 2269,7

Мішані культури сприяли суттєвому поліпшенню фізико-хімічних властивостей усього ґрунтового профілю (табл. 5).

Слід відмітити, що соснові насадження з добре розвинутим підліском ліщини звичайної за ефективністю впливу на поліпшення родючості лісових ґрунтів не поступаються перед мішаними насадженнями з іншими деревами листяних порід.

Таблиця 5

Фізико-хімічні властивості ґрунту під пологом мішаних лісостанів

Склад | Горизонт, см | Гумус, % | Сума поглинених основ | Гідролітична кислотність | рН | Ступінь насиченості основами, %

мг-екв/100 г ґрунту | Н2О | КСl

10Сз

(контроль) | Н 3-16 | 1,41 | 0,8 | 3,80 | 3,9 | 3,3 | 21,1

Е 16-50 | 0,26 | 0,4 | 1,66 | 4,6 | 4,1 | 54,1

I 50-90 | 0,12 | 0,2 | 0,88 | 5,1 | 4,6 | 22,7

Р 90-100 | 0,03 | 0,2 | 0,77 | 5,0 | 4,6 | 26,0

10Сз/10Дз | Н 4-20 | 1,44 | 1,5 | 3,48 | 5,0 | 3,9 | 43,1

Е 20-40 | 0,48 | 1,1 | 1,68 | 5,3 | 4,5 | 65,5

ЕІ 40-56 | 0,33 | 0,6 | 0,81 | 5,8 | 4,8 | 74,1

І 56-76 | 0,20 | 0,4 | 0,55 | 5,1 | 5,0 | 72,7

Р 76-100 | 0,04 | 0,3 | 0,32 | 4,7 | 4,5 | 93,7

10Сз/10Дп | Н 4-21 | 1,40 | 1,3 | 3,63 | 4,7 | 3,9 | 35,8

НЕ 21-40 | 0,47 | 1,0 | 1,53 | 5,2 | 4,7 | 65,4

Е 40-70 | 0,21 | 0,5 | 0,55 | 5,8 | 5,2 | 91,0

І 70-80 | 0,18 | 0,4 | 0,43 | 6,1 | 5,7 | 93,0

Р 80-100 | 0,04 | 0,3 | 0,36 | 6,2 | 5,9 | 83,3

10Сз/10Лп | Н 4-16 | 1,38 | 1,5 | 3,18 | 4,9 | 3,4 | 47,2

Е 16-40 | 0,44 | 1,0 | 1,71 | 4,6 | 4,2 | 58,5

ЕІ 40-80 | 0,20 | 0,3 | 0,80 | 5,1 | 4,6 | 37,5

І 80-100 | 0,04 | 0,3 | 0,77 | 5,0 | 4,7 | 39,0

10Сз/10Кя | Н 5-18 | 1,36 | 1,1 | 3,55 | 4,7 | 3,9 | 31,0

НЕ 18-38 | 0,56 | 0,8 | 1,70 | 5,0 | 4,2 | 23,5

Е 38-68 | 0,29 | 0,5 | 0,78 | 5,1 | 4,6 | 64,1

І 68-90 | 0,11 | 0,4 | 0,65 | 5,8 | 5,3 | 61,5

Р 90-100 | 0,05 | 0,4 | 0,53 | 6,2 | 5,6 | 75,5

10Сз/10Лщ | Н 4-16 | 1,20 | 1,4 | 3,18 | 4,6 | 4,1 | 44,0

НЕ 16-29 | 0,51 | 1,0 | 1,50 | 5,6 | 5,0 | 46,9

Е 29-49 | 0,27 | 0,4 | 0,77 | 5,7 | 5,4 | 51,9

І 49-100 | 0,12 | 0,4 | 0,60 | 6,0 | 5,7 | 66,7

Процес ґрунтотворення під пологом дубово-соснових культур

із різним підліском

Дослідження проводили у двох лісництвах Боярської ЛДС. Об'єктами слугували 39-річні культури з підліском акації жовтої (21-23 р.), 60-річні культури з підліском ліщини звичайної (31 рік) і 75-річні культури з бузиною чорною і червоною (22-26 р.). Контрольні варіанти насаджень – без підліску.

Кущові породи використовують і повертають з опадом більше елементів живлення, ніж сосна звичайна і навіть дуб звичайний. За вмістом азоту, калію і кальцію виділяється опад бузини чорної та червоної. З цим опадом повертається азоту в 3,2–3,5 раза, калію – 4,9–5,8 раза і кальцію – у 2,2 раза більше, ніж з опадом сосни. Маса підстилки з домішкою листя акації жовтої мало відрізнялась від контрольного варіанта (6,68 тIга-1 проти 6,38 тIга-1), з домішкою листя ліщини звичайної вона становила 10,59 проти 8,65 тIга-1 на контролі, з листям бузини, відповідно, 10,73 і 10,16 тIга-1. Домішка листя акації жовтої посилила мінералізацію лісової підстилки на 15,2%, ліщини звичайної – 10,9% і бузини – на 38,2%.

Прискорений розклад лісової підстилки сприяв поліпшенню фізико-хімічних властивостей ґрунту під пологом триярусних лісових ценозів (табл. 6).

Таблиця 6

Фізико-хімічні властивості ґрунту дубово-соснових лісостанів

з різним підліском

Глибина горизонту, см | Гумус, % | Гідролітична кислотність, мг-екв/100 г ґрунту | рН

КCl | рН

Н2О | Ступінь насиченості ґрунту основами, %

без підліс-ку | з підліс-ком | без підліс-ку | з підліс-ком | без підліс-ку | з підліс-ком | без підліс-ку | з підліс-ком | без підліс-ку | з підліс-ком

Схема змішення – 5рСз1рДз Акація жовта Вік – 39 років

Жорнівське л-во. Кв. 55

1-18 | 2,18 | 2,35 | 3,12 | 1,08 | 3,8 | 4,5 | 4,2 | 4,6 | 54,9 | 83,1

18-26 | 0,30 | 0,30 | 0,78 | 0,22 | 4,9 | 5,2 | 4,4 | 4,8 | 42,2 | 70,4

26-53 | 0,24 | 0,23 | 0,69 | 0,21 | 4,8 | 5,0 | 4,8 | 4,7 | 48,5 | 83,7

Схема змішення – 5рСз1Дз Ліщина звичайна Вік – 46 років

Дзвінківське л-во. Кв. 17

1-18 | 1,43 | 1,94 | 4,83 | 3,32 | 3,6 | 4,3 | 3,8 | 4,5 | 26,8 | 33,1

18-26 | 0,32 | 0,51 | 3,12 | 3,02 | 3,9 | 4,6 | 4,9 | 5,0 | 25,5 | 42,1

26-48 | 0,51 | 0,46 | 2,43 | 1,58 | 3,7 | 4,4 | 3,8 | 4,6 | 26,6 | 29,5

Схема змішення – 5рСз1рДз Бузина чорна і червона Вік – 60 років

Дзвінківське л-во. Кв. 24

1-14 | 1,89 | 2,31 | 5,72 | 3,69 | 3,7 | 4,0 | 4,4 | 4,6 | 24,8 | 38,5

14-23 | 1,61 | 1,56 | 1,62 | 1,44 | 5,1 | 5,2 | 4,6 | 4,9 | 48,8 | 52,0

23-73 | 0,83 | 0,77 | 1,83 | 0,45 | 5,7 | 5,9 | 4,9 | 5,1 | 31,2 | 63,1

За короткий проміжок часу вміст гумусу у верхньому горизонті в насадженні з підліском акації жовтої зріс на 0,17%, бузини чорної і червоної – 0,42% і ліщини звичайної – на 0,51%. Підвищився ступінь насиченості ґрунту основами і знизилась актуальна й потенційна кислотність. Відмічено зростання у ґрунті доступних форм елементів живлення.

У складних ценозах вологість ґрунтів на 1,3–1,5% вища. Дрібне коріння кущів, як і лісоутворюючих порід, зосереджене у верхніх, багатих на поживні речовини і вологу, горизонтах ґрунту.

Триярусні лісові ценози, на відміну від чистих соснових і двоярусних мішаних, завдяки більшій різноманітності порід з різними біологічними і фізіологічними властивостями, своєю кореневою системою краще замикають біологічний кругообіг у ланці використання, запобігаючи непродуктивним втратам нагромаджених елементів живлення. На цьому ґрунтується один з механізмів збереження стійкої продуктивності лісової екосистеми.

МОРФОГЕНЕЗ КРОНИ ДЕРЕВ СОСНОВИХ ЦЕНОЗів

Крона дерева є носієм асиміляційного апарату і знаходиться в